Die Nobelwoche hat in Schweden begonnen: Die ersten Gewinner in Medizin und Physiologie wurden bekannt gegeben. Der Preis ging an Wissenschaftler, die den Mechanismus des Schutzes von Chromosomen vor Verkürzung im Prozess des ständigen Kopierens während der Zellteilung untersucht haben.
Neue Gewinner, von links nach rechts: Elizabeth Blackburn (61), Carol Grider (48), Jack Szostak (57). Alle drei sind US-Bürger, obwohl Blackburn in Australien und Shostak in Großbritannien geboren wurde
In den Arbeiten dieser Wissenschaftler wurde erstmals die Existenz so wichtiger Strukturen wie Telomere an den Enden der Chromosomen gezeigt, für deren Synthese spezielle Enzyme - Telomerase - verantwortlich sind. Diese Strukturen spielen eine wichtige Rolle im Prozess der Zell alterung und dann - und ihres Todes. Es waren die Forschungen von Elizabeth Blackburn, Carol Greider und Jack Szostak, die zu diesen Entdeckungen führten und ein Problem lösten, das Experten seit geraumer Zeit verwirrte.
Tatsache ist, dass nach der Entdeckung der molekularen Struktur der DNA und der Mechanismen ihrer Vervielfältigung (Replikation) unklar blieb, wie die Chromosomen nach diesem Vorgang so bleiben, wie sie waren. An diesem Mechanismus sind eine Reihe von Proteinenzymen beteiligt. Einige von ihnen wickeln die Doppelhelix der DNA ab, andere h alten sie in diesem Zustand, und wieder andere (DNA-Polymerasen) synthetisieren an jedem Strang der Helix eine neue. Allerdings tun sie dies in Bruchstücken, und zu ihrer Vernetzung sind zudem spezielle Enzyme erforderlich. Wichtig ist dabei, dass DNA-Polymerasen auch nicht „am äußersten Rand“des Chromosoms arbeiten können und bei jeder Verdopplung – wenn der etablierte Mechanismus stimmt – ein neu synthetisierter Strang der DNA-Helix immer kürzer bleiben muss als die zweite, „mütterliche“. Der Mechanismus wurde jedoch zuverlässig festgestellt, aber es kam zu keiner Verkürzung der Chromosomen.
Die Hoffnung, das Rätsel zu lösen, kam 1980, als Elizabeth Blackburn zeigte, dass sich an den Enden der Chromosomenketten des einzelligen Mikroorganismus Tetrahymena ziemlich lange, sich wiederholende Fragmente befinden – obwohl der Zweck noch unklar ist. In Fortsetzung ihrer Arbeit mit Jack Szostak konnten sie zeigen, dass es diese Endfragmente sind, die die Chromosomen während der Replikation vor Verkürzung schützen.
Interessanterweise führten Shostaks frühere Experimente zu dieser Idee, bei denen es ihm gelang, Chromosomen künstlich zu synthetisieren und sie in Hefezellen einzuführen. Mit jedem Zellteilungszyklus (der natürlich von einer DNA-Verdopplung begleitet wird) verkürzen sich diese Chromosomen jedoch zwangsläufig an den Enden. Indem sie Fragmente ähnlich denen des Mikroorganismus Tetrahymena an die Enden ihrer künstlichen Chromosomen anhefteten, zeigten die Wissenschaftler, dass sie sich normal verdoppeln, ohne sich zu verkürzen. Alle Zweifel verschwanden – und 1982 veröffentlichten Blackburn und Shostak ein Werk, das ihnen nun den Nobelpreis eingebracht hat. Die Endfragmente werden Telomere genannt.
Bald schloss sich Carol Grider der Sache an, damals noch Studentin im Labor von Elizabeth Blackburn. Ihr gelang es zu zeigen, dass beim Kopieren des DNA-Strangs ein Teil der Telomere verloren geht und dann schmerzlos wiederhergestellt wird, indem sie von einem speziellen Enzym - der Telomerase - synthetisiert werden. Dies ist möglich, weil Telomere im Gegensatz zu DNA-Sequenzen, die für Proteine kodieren, aus denselben sich wiederholenden kurzen Fragmenten bestehen.
Dann, in den 1980er Jahren, schien die Entdeckung der Telomere fast wie eine Offenbarung: Wie gezeigt wurde, ist es ihr allmählicher Abbau, der zum Altern und dann zum Zelltod mit dem Alter führt. Die Telomere gehen zur Neige – und bald stirbt die Zelle. Es scheint, dass es die Kontrolle der Telomerase ist, die den Menschen bald, wenn nicht vollständige Unsterblichkeit, dann ein beispiellos langes Leben geben wird. Das war natürlich nicht so einfach. Aber die Entdeckung findet bereits echte Anwendungen in der Medizin.
Tatsache ist, dass Krebszellen übermäßige Mengen an Telomerase produzieren, was sie im Vergleich zu normalen Zellen fast „unsterblich“macht und ihnen ermöglicht, sich endlos zu teilen. Und heute werden mit Macht und Kraft neue Krebsbehandlungen entwickelt, die auf der selektiven Blockierung von Telomerase basieren und sogar in Form von Impfstoffen, die das körpereigene Immunsystem „lehren“, Zellen anzugreifen, die überschüssige Telomerase produzieren. Solche Verfahren befinden sich bereits im Stadium der klinischen Erprobung.
Lesen Sie mehr über die biologischen Mechanismen des Alterns in unserem Artikel „Träume von der Unsterblichkeit“.
